《城市轨道交通》PPT课件.ppt
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1、第4章 单轨运输系统,就技术上的定义而言,单轨(Monorail)系统是指以单一轨道(Rail)或梁(Bearn)支撑悬挂车厢并提供导引作用而运行的轨路式运输系统。根据现有的纪录,英国人Henry Palmer在1821年即开始研究单轨系统,并取得英国第461号的发明专利权。1824年Palmer先生在伦敦码头区布设单轨系统轨路用以载货,号称世界上第一条单轨系统。当时的轨梁是以木料制成,将车厢跨坐在木轨上并以马匹拉动。随后在1826年Palmer又渡海到德国展示他发明的系统模型,鼓吹兴建单轨系统借以运输乌伯塔(Wuppetal)地区Barmen及Elberfeld两地间的煤。虽然他的愿望没有实
2、现,但一般相信该次展示促成了日后乌伯塔市兴建连接上述两地而闻名世界的悬挂式单轨捷运系统“Schwebebahn”。,4.1 单轨系统的发展,1888年法国人Charles Lartigue在爱尔兰建造了一条15公里客货两用的跨坐式单轨系统。该系统以由两个汽锅连接组成的蒸汽机车带动,是世界上第一个动力式单轨系统。该系统平均运行速度28公里小时,最高可达43公里小时,营运了将近36年,至1924年才停运。1893年德国人Eugen Langen开始研究发展悬挂式的单轨系统,并于1901年3月在乌伯塔市沿贯穿市区的河谷搭建钢架吊悬车厢并利用电力驱动,完成13.3公里长的城市轨道运输系统,称为Lang
3、en式或Wuppertal式单轨系统。该系统营运至今始终无任何伤亡纪录,并被列为世界高效率运输系统之一。,1952年瑞典人 Axel Leonart Wenner Gren 以其构想开发出新型的跨坐单轨系统,并以1:2.5的比例在德国科隆市附近的Fuhligen作模型试验,轨梁系由钢筋混凝土制成。根据纪录,在1.9 KM长的试验轨道上,车厢可达到130公里小时的运行速度。1957年 Gren又在原地建造了一条1.8公里长的实体轨路,测试的结果与模型试验相近。这种类型的单轨系统就以 Gren 的全名缩写字母定为“ALWEG”型单轨系统。,单轨运输系统,Schweberbahn,ALWEG型单轨系
4、统很快成为世界单轨的风尚。美国洛杉矶“迪斯尼乐园”(Disney Land)于1959年首先建造了2.3公里的游客输送系统。1961年意大利托里诺(Torino)完成了1.16公里的客运路线。1962年美国西雅图市为配合当时世界博览会的游客运输,建造了1.5公里从市中心区到展览会场大门的联络系统。1971年美国东海岸奥兰多市的“迪斯尼世界”(Disney World)完成了4.4公里的旅运系统。在发展成型至70年代的10余年间ALWEG型单轨虽然有快速进展,但仅限于游乐园或展览会场区内的游客运输,还没有称为都市运输系统。,另一方面,在法国所属的10家厂商与法国国铁及巴黎捷运局(PATP)共同努
5、力下,1960年2月底在巴黎南方奥尔良市附近的Chateauneut 完成了1.4公里长的一种新式悬挂式单轨系统的试验,根据参与厂商所属的集团名称缩写字母定为“SAFEGE”型单轨系统。日本是世界上第一个应用“SAFEGE”型单轨系统的国家,于1964年在名古屋的东山动物园建成日本都市单轨系统。,单轨交通系统主要由车辆、轨道结构、设备系统和车站等建筑构成。单轨交通由于走行系统不同于传统的轮轨交通,因此车辆和轨道结构均具有独特的构造型式,同时跨座式与悬挂式单轨交通由于走行的具体方式不同,两者之间也有许多差别。单轨交通的设备系统组成,与传统城市轨道交通没有明显的区别,但由于轨道独特的构造形式,在供
6、电、通信、信号包括自动控制系统等方面的一些技术措施和设置方式与传统型城市轨道交通也不完全相同。跨座式单轨交通在技术系统组成中,有别于其他城市轨道交通的主要是PC轨道梁、道岔和车辆的转向架,这是这种交通制式中构造复杂、精度要求高、制作难度大的三项最关键的技术组成。,4.2 单轨交通系统的组成,1 跨座式单轨交通车辆(1)车辆的基本构造 跨座式单轨交通的车辆是跨骑于轨道梁上行驶,车辆上部乘坐乘客的厢体与一般轨道交通的车辆构造基本相同,只是车辆根据客运要求选定的尺度大小有区别。,4.2.1 车辆,车辆下部车辆下部承托车体的走行部分,日本的单轨车辆用的是双轴转向架,采用钢板压制焊接无摇枕结构,一根轴上
7、装有两个承重的走行轮,因受橡胶材料性能的限制,容许轴重又常在10 t上下,轮径为1 m左右,在轨道梁的两侧转向架上半部有两对导引车辆行走方向的导向轮,转向架的下半部装有一对保持车辆安全平稳行驶的稳定轮。由于采用充气橡胶车轮,虽然充入的是比较安全的惰性气体氮气,但为防止轮胎泄气或万一发生爆裂影响行车和安全,导向轮和稳定轮每一橡胶车轮均附设了一个钢制辅助车轮。,跨座式单轨车辆构造,此外,走行轮不仅装置胶质实心辅助车轮,还设置内压检测等装置,以确保安全。跨座式单轨车辆全部采用双轴转向架,带动力的转向架上还装设有牵引电动机、集电装置等部件,因此跨座式单轨车辆的转向架是一个技术含量较高、构造比较复杂的部
8、件。跨座式单轨交通车辆的电气等设备,放置在车厢地板以下的部位,为了降低牵引电动机、传动装置等产生的噪声,除车厢内壁装设了隔声材料外,车体的两侧都用裙板进行包封,阻止噪声向外扩散,同时也使车体的外形显得整体利落,比较美观。车辆的正、负极集电器安装在车体的两侧,分别与轨道梁两侧正、负极导电轨接触受电和回流。,2 悬挂式单轨车辆 悬挂式单轨交通的车辆是悬挂在钢制的箱型轨道梁下方行驶,车辆由转向架、悬挂装置和车体三部分组成,车厢内部设置与跨座式单轨车辆相似。车体材料通常也是采用轻质的铝合金焊接结构。悬挂式单轨车辆的电器等设备的安放位置,与跨座式单轨车辆不同,均设置在车体的顶部。,1 道岔结构类型 道岔
9、是使列车由一条线路转向另一条线路的设施。跨座式单轨交通的道岔,道岔区的轨道梁同时也是道岔的部件,称道岔梁。转辙时一端位置不动另一端转辙对位,使车辆转换行驶线路。跨座式单轨交通的道岔,从结构上可分为关节型道岔和关节可挠型道岔两大类型。,(a)关节型道岔,4.2.2 道岔,(b)关节可挠型道岔,2 道岔的形式 跨座式单轨交通的道岔其基本形式有单开、双开、三开及五开等几种。依据行车组织设计,组合成单渡线、交叉渡线等多种不同的形式。下面为具有代表性的几种道岔:(1)单渡线道岔 可移动的道岔分两组,供上下行线间设单渡线使用。道岔区长度约40m。,单渡线道岔示意图,(2)交叉渡线道岔 形式I:用于上下行线
10、交叉渡线处,中间两节短道岔梁为固定式,另有2租活动道岔梁,通过不同组合连接,可构成4条通路。道岔区长约为40 m,列车通过速度可达25 kmh。,交叉渡线,交叉渡线道岔(长40 m)示意图,形式 用于上下行线交叉渡线处,在上下行线及线间中部为固定梁,另有4租活动道岔梁,通过不同组合连接可构成4条通路。道岔区长约为72m,列车通过速度可达35kmh。,交叉渡线,交叉渡线(长72m)示意图,(3)多开道岔 这种道岔用于车场内行车线与多条停车线的连接。根据连接线路的多少,道岔采用单开、双开、三开或五开形式,道岔区长度一般为2030 m。,五开道岔,五开道岔示意图,(4)道岔桥 道岔桥是承托高架道岔的
11、平台,其长度与宽度和平面形状,根据道岔布置的形式、横向移动幅度,以及附属机电设备的需要确定。道岔桥一般采用预应力钢筋混凝土带悬臂板式结构,由于道岔对防止平台不均匀沉降要求极高,因此,平台的板梁结构需保证足够的整体刚度控制变形。道岔桥下部支承结构,可采用双柱墩,门形刚架和多柱式排架。柱基的处理必须坚实可靠。,单轨交通的设备系统与传统型城市轨道交通配备的设备系统基本相同,但随单轨交通特具的构造特点,也有些相应的变化。1 供电系统 单轨交通和传统型城市轨道交通一样,其供电系统属一级供电负荷用户,平时由两路互为备用的独立电源供电,以实现不间断供电。单轨交通牵引供电通常采用1 500V直流电源,只有少量
12、线路采用750V直流电源。单轨交通的馈电和回流方式,跨座式单轨交通采用在轨道梁的两侧各设一刚性导电轨,一侧为正极馈电,一侧为负极回流。悬挂式单轨交通在箱形梁内顶部装置正极馈电轨,负极回流轨装置在侧面。,4.2.3 设备系统,2 信号系统 信号系统是单轨交通控制系统中重要组成部分,保证列车安全、快速、有序运行,实现行车指挥、运行调整及列车驾驶自动化,提高运输的效能。信号系统一般包括信号、轨道回路、闭塞联锁、调度集中、列车保护及自动驾驶等。单轨交通由于自身构造原因,除库线外均不设地面色灯信号,只在列车司机室设置车内信号。,控制中心 司机室,目前较普遍采用的跨座式单轨交通,因无钢轨作轨道电路,用通过
13、高频感应连续接收信号的列车检测方式(TD),连续不断地检测出列车在线路上的实际位置,并传输信息。列车检测是在轨道梁顶部两侧埋设的感应环线,与车辆上天线进行信号传送。日本单轨交通自动化程度较高,很多采用列车自动控制(ATC)系统,该系统由列车自动防护(ATP)、列车自动驾驶(ATO)和列车自动监控(ATS)等子系统组成。各子系统之间互相协调,构成地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合,以安全设备为保证的一个使用灵活,快速、有序完整的列车自动控制系统。不过,为节约初期工程投资,单轨交通也可在初期只设ATP和CTC系统,日后再升级为ATS和增设ATO子系统,最终构成完整的安全、高效的列车自动
14、控制(ATC)系统。单轨交通的通信、环控、防灾报警等其他各设备系统的设置与管理,与地铁及轻轨交通中高架线基本相同。,1 行车安全保障 单轨交通为保证行车安全,在多方面多层次地采取了保障行车安全装置和措施。现代化的单轨交通采取的自动控制系统中均包含保证列车运行安全的列车自动防护系统(ATP),可自动检测列车位置,保证前、后列车的安全距离,可防止超速运行,具有自动诊断功能,有故障会及时输出控制命令。在轨道结构中,对行车安全有关键性影响的道岔,也有专门的控制系统和检测系统,保证道岔转辙位置准确、锁紧可靠。供电系统规定采用双电源不间断地供电,防止停电造成停车。车辆本身采用的是不燃材料,其转向架上所有的
15、橡胶车轮,均配有在轮胎出现问题时保证安全行驶的辅助车轮等。这一系列的安全措施给行车安全在多方面多层次给予了保障,出现事故的可能性是非常小的,在现实中尚未见到单轨交通出现过重要安全事故。,4.2.4 行车安全保障和救援措施,2 救援措施 单轨交通一般都采用高架桥结构形式,桥下净空通常在8 m以上,列车在单轨上行驶,一旦在区间发生故障或灾情时,救援比较困难。跨座式单轨交通轨道只是一根很窄的轨道梁,乘客无法从轨道上疏散逃生。悬挂式单轨交通车辆底下就是高高的空间,更是无法直接逃生。因此,必须考虑车辆在区间万一出现故障和遇有灾情的情况下的救援措施。可能采取的措施有:列车牵引至邻近车站解救 另派列车救援
16、地面救援 其他方法,单轨交通的车站型式,与传统型城市轨道交通一样,可分为侧式站台车站,岛式站台车站和混合式站台车站等。在客流大而集中和位置重要的站点,采用岛式站台车站,一般车站为使两端轨道结构简化和降低车站建设成本基本都采用侧式站台车站。在折返站中有的凶行车组织要求,采用了比较复杂的混合式站台车站。,4.2.5 车站建筑,单轨交通通常穿行于城市内部,因此车站的建筑形式,除体现交通特点外,必须注意与周围的城市环境相协调,为此车站的体型尽可能做到通透轻巧,体量也不宜过大。单轨交通的高架车站可利用地面层作站厅层,站台层设在高架桥上。条件不具备时,站台层和站厅层可分两层设在高架桥上。设备用房应尽可能设
17、在地面层或紧邻车站附近的地段。车站的站厅、通道等宽度、高度及面积,与传统型城市轨道交通一样,应根据客流量计算及规范要求确定。,日本自1950年开始研究引进单轨系统,并朝着作为未来有效的都市运输系统的方向进行。1957年在东京都政府支持下,首先在上野动物园兴建了一段长331米的悬挂式单轨系统作为都市运输应用的试验线。该系统类似乌伯塔市的 Langen 式,但使用橡胶轮胎,列车由两个车厢组成,容量为31人。这是日本的第一个单轨系统。从1961至1966年的5年间是日本单轨系统快速发展的时代。在此期间,外国的单轨技术如ALWEG型、SAFEGE型,以及美国洛克希德公司发展的“洛克希德”型被陆续引入,
18、同时日本本地的工业厂商如东芝、日立、三菱重工也加紧配合研究开发适合本土应用的单轨技术。,4.3 日本都市单轨系统,1964年6月“日本单轨协会”正式成立,董事会包含日本政治工业营建各界重要人物,其主要任务是研究发展都市单轨技术,协助各个准备引进单轨系统的城市进行规划工作及取得行政上的核准,以便早日动工。在认定单轨系统可以在未来都市公共运输中担当重要角色的构想下,日本运输省于1967年责成该协会进行都市单轨技术设计建造准则的研究。该协会在搜集、整理了学者专家从业者政府官员缜密的讨论与研究后,将各种不同的单轨技术规格综合划定为下列两种都市单轨基本类型。,1970年是日本都市单轨系统发展最重要的一个
19、年头。由于从业者及官方共同努力,借1970年大阪世界博览会展示都市单轨新技术之东风,完成了环绕会场4.3公里长的跨坐式单轨路线。自1970年3月到该年9月的6个月展览期间,全线共载运了约33 500 000人次,平均每天183 000人次,同时赢得了乘客的信心与好评,也奠定了日后在关西地区建造都市单轨系统的基础。几乎在同一时间,关东地区于1970年3月继东京羽田线之后,神奈川县境内的湘南地区也开通了一个长 6.6公里、从国铁大船站至江之岛的悬挂式都市单轨系统,以快速的输运和高效率的服务特质,获得了乘客的肯定与称赞。,上列两个都市单轨的成功,给予从业者及政府方面带来相当大的信心,并使单轨系统逐渐
20、成为70年代日本都市公共运输研议的主要对象。1972年11月17日在确认单轨系统可以担当都市大众运输任务的基本前提下,日本议院无异议地通过议员所提议案并制定了“促进都市单轨建设相关法律”)法律第129号)。该法律首次界定了“城市单轨”的定义。根据该法第二条,所谓“城市单轨”必须符合下列4个要件:(1)具备以车厢跨坐或悬挂于单一轨梁运行并载送乘客或货物的输送设施;(2)供都市公共交通使用;(3)轨梁依“道路法”主要架设于道路路线用地范围内;(4)系统路线大部分布设于都市计划区域内。自此“城市单轨”成为日本运输界的法定名词。,1974年,日本政府建立了“都市单轨建设补助制度”,规定政府与营运单位在
21、总建设费中的分摊比例为55.9与44.1。由干这个补助制度的建立,使得地方企业团体能够配合政府的财务补助,充实公共运输设施,也掀起了各地兴建都市单轨的热潮。北九州市首先在这个补助法案下进行兴建都市单轨系统的规划工作,随后很快地展开系统建造工程,成为1972年“都市单轨”法案制定后进入实施阶段的第一个日本都市单轨系统。,日本单轨系统包含轨梁、车辆、车站、电力供应、控制系统等,其中轨梁、车辆部分跨坐式与悬挂式各有不同,现分别说明如下。,4.4 日本都市单轨系统要素,1 轨梁 轨梁一般由预应力混凝土(PC)梁构成,以减少建造成本。支柱采用钢筋混凝土(RC)构造圆形或方形柱身,宽约1.5米。PC梁的跨
22、距通常为20米,标准断面(宽高)为80厘米140厘米。通常一个PC梁RC柱组合的双车道轨路断面,约需7.57米宽的空间(车厢外缘至另一车厢外缘)。当长跨距或特殊地形状况需要跨径大于20米时,则采用钢梁钢柱组合构成轨路结构。墩柱可采用T形或倒L形。若轨路需分叉时,则以水平移动轨路中的一段(称为转辙梁,switching Beam)完成列车的转辙运作。转辙梁系钢制内附马达用来驱动转辙。一般转辙时间约需10秒钟。,4.4.1 跨坐式单轨的轨梁与车辆构造,预应力混凝土梁(一般路段),跨坐式单轨轨梁(PC梁及钢梁),钢梁(交叉口或特殊地段),跨坐式单轨转辙运作利用“转辙梁”的水平移动实现,跨坐式单轨转辙
23、运作(车站段),单轨列车通常由四或六节车厢固定编组而成,分“先头车”及“中间车”两种,先头车由驾驶室,配置在列车的首尾。跨坐式单轨车厢分为“标准型”及“大型”两种,二者的主要差别在于车厢容量。随着车厢种类的不同,轨梁断面亦不同,例如采用大型车厢时,轨梁则需采用85厘米X150厘米的断面,标准型车厢的尺寸为13米2.98米3.61米。,2 车辆,车体采用轻量设计,由铝合金制成,因此不具易燃性。车厢内部坐位的安排与配备大致上与铁路车厢的标准相同,每节车厢每侧有两个车门,先头车端部另有一逃生门,各车厢之间直接相通。各顷电路控制及零件与一般铁路车厢一样,安装在车厢地板之下。每个车厢具有两个双轴车架,每
24、个车架包含10个橡胶轮胎四个驱动轮、四个导引轮、两个隐定轮,除行驶轮内充氮气外,其余各轮均灌充一般空气。为了防止爆胎,另备有辅助胎。,跨坐式单轨转辙运作(路线段),跨跨坐式单轨车辆,4.4.2 悬挂式单轨的轨梁与车辆构造,1 轨梁 悬挂式单轨的轨路一般系钢制,轨梁采用箱型中空断面,内含集电轨、通信缆线、导轨、运行轨并包容车厢的车架,经悬挂使列车沿导轨运行。,轨梁的跨径,在直线路段约为30米35米,但在弯曲路段则折减为25米。墩柱亦为钢制,可根据路线状况采用标准T形、倒 L 形或门架形式。悬挂式单轨的转辙主要可分成“分叉转辙”(2way Switch)及“交叉转辙”(Crossing Switc
25、h)两种。转辙动作系借助与通信设备连锁完成,转辙时间约需10秒钟。为防断电影响,在转辙地点另装设有手动设备。,2 车辆 悬挂式单轨车厢分“大型”(Large Size)与“中型”(Medium Size,)两种。列车通常由四或六节车厢固定编组而成。与跨坐式一样,车厢分先头车及中间车两类。大型先头车(带有驾驶室)长16.8米、宽2.66米、车高2.95米。中型先头车的尺寸则为13.3米 2.51米2.95米。车体亦采用轻量设计,由铝合金焊接而成。车内设备大致与铁路车厢相同,只是所有电气设备安装在车顶。车体系以吊悬系统由包裹在轨路内的两轴车架吊撑,车架包含驱动轮与导轮,均为橡胶轮胎,同时另有辅助轮
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